Térinformatika 1.
A térinformatika alapfogalmai, kialakulása, fejlődése
Márkus, Béla
Térinformatika 1.: A térinformatika alapfogalmai, kialakulása, fejlődése
Márkus, Béla
Lektor: Detrekői, Ákos
Ez a modul a TÁMOP - 4.1.2-08/1/A-2009-0027 „Tananyagfejlesztéssel a GEO-ért” projekt keretében készült.
A projektet az Európai Unió és a Magyar Állam 44 706 488 Ft összegben támogatta.
v 1.0
Publication date 2010
Szerzői jog © 2010 Nyugat-magyarországi Egyetem Geoinformatikai Kar Kivonat
Ebben a modulban áttekintést adunk a térinformatikai rendszer elemeiről, és felvázoljuk, hogyan működik a GIS, ismertetjük a térinformatika kialakulását, kezdeti szakaszát és fejlődését. A térinformatika és a GIS dinamikus fejlődése következtében, szinte naponta keletkeznek új kifejezések. Gyakran azonos fogalomra eltérő kifejezéseket használnak. Az ebből eredő félreértések elkerülésére, a modulban megadjuk a legfontosabb térinformatikai alapfogalmakat.
Jelen szellemi terméket a szerzői jogról szóló 1999. évi LXXVI. törvény védi. Egészének vagy részeinek másolása, felhasználás kizárólag a szerző írásos engedélyével lehetséges.
Tartalom
1. A térinformatika alapfogalmai, kialakulása, fejlődése ... 1
1. 1.1 Bevezetés ... 1
2. 1.2 A GIS jelentősége és elemei ... 4
2.1. 1.2.1 Adatok és információk ... 4
2.2. 1.2.2 A tér képe ... 9
2.3. 1.2.3 A térinformatika előnyei ... 12
2.4. 1.2.4 A GIS alkotóelemei ... 13
3. 1.3 A térinformatika fejlődése ... 15
4. 1.4 Kapcsolódó tudományok ... 19
5. 1.5 Összefoglalás ... 23
1. fejezet - A térinformatika
alapfogalmai, kialakulása, fejlődése
1. 1.1 Bevezetés
A földmérő évezredek óta alkalmazza a tudomány és technika eredményeit; helymeghatározási módszerekkel segíti a tudományokat; megbízható helyzeti adatokkal szolgálja a társadalom intézményeit, egyéneit, polgárait.
Az általa használt eszközök a XVII. évszázadig viszonylag lassan fejlődtek. Galilei távcsővel kapcsolatos kutatásai nyomán 400 évvel ezelőtt jelentős változások kezdődtek. A távcső alkalmazása műszereinkben nagyságrendekkel növelte a mérések pontosságát. Hasonlóan számottevő fejlődést eredményeztek a múlt század elején megkezdett légi fényképezési kísérletek, melyek elvezettek ahhoz, hogy a terepet már az irodába vihettük.
Az űrtechnika a hetvenes években újabb lehetőségeket szolgáltatott ezen a téren, a műholdfelvételek ma már nemcsak a földmérő munkájának mindennapos kellékei, hanem a kilencvenes években kialakuló Internet révén bárki hozzáférhet. De a műholdakra alapozva kialakul a globális helymeghatározó rendszer (GPS újabb nevén GNSS), melynek alkalmazásával ma már elvileg bárki „gombnyomással” precíz koordinátákhoz juthat.
A mérések feldolgozásának nehézkes munkáját a mechanikus számítógépek jelentősen megkönnyítik, de igazi változásokat a számítógépeknek az elmúlt század derekán történő megjelenése jelenti. Konrad Zuse1 1941-ben megépíti az első szabadon programozható gépet, majd alig néhány évvel később Neumann János megalkotja a máig használatos számítógépek elvét. Ez már központi vezérlő egységet is tartalmaz, van benne lehetőség feltételes vezérlésátadásra, memória tárolja a programokat és az adatokat is.
A mérést megalapozó tudományos munka minden korábbinál magasabb szintű ismereteket igényel, de a gyakorlatban a földmérő elvesztette a nagypontosságú helymeghatározás privilégiumát. A lézerszintezőt, mérőállomást vagy a GPS vevőt gyakran betanított munkások kezelik. A megváltozott körülmények között, keresnünk kell a szakma megújulási lehetőségeit. A megújulást az jelenti, hogy megtaláljuk helyünket és szerepünket az információs társadalomban.
A számítógépet kezdetben a számításaink automatizálásra használtuk. A hatvanas években kialakították az első digitális domborzatmodelleket, terepmodelleket, majd a hetvenes években piacra került az első földrajzi információs rendszer (GIS) szoftver. A számítógépeket ma már nem számításokra, hanem információk előállítására, szolgáltatására használjuk.
Az analóg térképek készítéséről a digitális adatbázisok építésére és integrálására kell áttérnünk. Amikor hagyományos megoldásokról számítógépesre váltunk át, az egyben szemléletváltást is követel. Nem a hagyományos folyamatot kell számítógépesíteni, másképp kell gondolkodni. A térinformatikai adatbázis nem a térképek modellje, annak a valós világot kell tükröznie. Az általunk létrehozott adatbázisok értéke felbecsülhetetlen, legalábbis nehezen becsülhető. A fejlődés a termékekről a szolgáltatások irányába mutat. Az általános (például KÜVET, BEVET) adatokat a felhasználó igényei szerinti „testreszabott” formában is szolgáltatni kell.
Az 1. ábra összefoglaló képet ad a hardver, a szoftverek alkalmazásához és a tömeges adatgyűjtési technológiákhoz szükséges szakértelem csökkenéséről, egyben felhívja a figyelmet az adatintegráció, az adatok értéknövelése és az információ szolgáltatás megnövekedett szakmai elvárásaira.
1Konrad Zuse (1910 –1995) német mérnök, a számítástechnika úttörője volt. Ő készítette el az első, jelfogókkal (jelfogó=relé=relay) működő számológépet. 3 gépet készített, az első a Z1, még csak mechanikus gép volt. A Z2-be már relés elektromechanikus áramköröket is beépített, és a Z3 volt az első programvezérlésű, kettes számrendszerben dolgozó, elektromechanikus számítógép. Zuse az amerikaiakat a bináris, jelfogós és programvezérelt számítógép konstrukcióban valamint építésben mintegy három évvel előzte meg, hiszen a Z3 számítógépe már 1941-ben működött, míg az amerikai Mark I.-e csak 1944-ben. Forrás: Wikipédia
1.1. ábra. Az adatintegráció, az értéknövelt adatok előállítása, az adatbázisok elemzése és az információk szolgáltatása jelentik a szakmai megújulás útját
Az adatok szolgáltatása mellett egyre többször információt kell vagy kellene szolgáltatnunk. Ezt a tendenciát mutatja például az INSPIRE2 (Infrastructure for Spatial Information in the European Community) projekt szóhasználata is, a globális téradat- infrastruktúra (Global Spatial Data Infrastructure - GSDI3) helyett. Az ingatlan-nyilvántartási adatbázis elemzése vagy a MePAR4 (Mezőgazdasági Parcella Azonosító Rendszer) idősorainak vizsgálata minőségi változást hozhat a szakmánk elismerésének. Az országos adatbázisok koordinációja csökkentené a felesleges, párhuzamos nyilvántartások költségét, javítaná az adatbázis együttműködési képességét (interoperatibilitását).
Az (ipari, mezőgazdasági, kereskedelmi, stb.) beruházások tervezése és megvalósítása bonyolult, gyakran nehezen áttekinthető folyamat, amelyben a földmérő integráló, a földrendező kezdeményező szerepet játszhat. A földmérő illetve földrendező mérnök az a szakember, aki méréseivel előkészíti a terveket, segít az érdekeltek tervezésbe való bevonásában, meggyőzésében, kitűzi a terveket, méri az építés során bekövetkező változásokat, majd átvezeti a nyilvántartásokban a megvalósított állapotot. Az adatbázisok koordinációja elősegíti a tervezési és a megvalósulási folyamat harmonikus kapcsolatát. A földminősítés, földértékelés mellett az ingatlanértékelés, ingatlangazdálkodás, sőt az ingatlanfejlesztés feladatai is részét képezik a földmérő és földrendező feladatainak.
Az említett változások végrehajtása elképzelhetetlen a térbeli adatok számítógépes feldolgozása nélkül. Éppen ezért alapvetően fontos a térinformatikai alapismeretek és módszerek elsajátítása, a rendszerek, technológiák elvének megismerése és készségek szerzése kezelésükre.
Ebben a modulban áttekintést adunk a térinformatikai rendszer elemeiről, és felvázoljuk, hogyan működik;
ismertetjük a térinformatika kialakulását, kezdeti szakaszát és fejlődését. A térinformatika és a térinformatikai rendszerek dinamikus fejlődése következtében, szinte naponta keletkeznek új kifejezések. Gyakran azonos fogalomra eltérő kifejezéseket használnak. Az ebből eredő félreértések elkerülésére, a modulban megadjuk a legfontosabb térinformatikai alapfogalmakat is. Kezdjük a két legfontosabbal.
A térinformatika az informatika egy speciális ága, a helyhez köthető (térbeli, földrajzi) adatok gyűjtésével, feldolgozásával, kezelésével, menedzselésével, elemzésével, a térbeli információk megjelenítésével, a térbeli döntések támogatásával, a térbeli folyamatok megfigyelésével és modellezésével foglalkozó tudomány.
A térinformatikai rendszer a térinformatika tudományának eszköze. A fogalomra elterjedten használják a földrajzi információs rendszer kifejezést, ami az angol Geographical Information System (GIS) magyarra fordításával keletkezett.
2http://inspire.jrc.ec.europa.eu/
3http://www.gsdi.org/
4http://www.mepar.hu/
Az elmúlt négy évtizedben a GIS alkalmazások igen széles skálán mozogtak, és egyre szélesebb területre terjednek ki. A szakemberek mindig igyekeznek pontosan, de tömören fogalmazni, ezért keresik az új, találóbb kifejezéseket. A földrajzi jelző pontosítására előtérbe került a térinformatikai vagy térinformációs rendszer (Geo-Information System) elnevezés használata, a szakterületre vonatkozóan pedig a geoinformatika (geoinformatics) kifejezés.
A földrajzi információs rendszer kifejezés elfogadott a szakirodalomban több mint négy évtizede, de helyette mérnöki körökben a térinformatikai rendszer használata javasolt, mert itt a földrajz a földrajztudománynál tágabb értelemben értendő, a bennünket körülvevő térséget jelenti. A GIS olyan technológia, amely menedzseli, elemzi a térbeli adatokat és speciális szoftverekkel előállítja, illetve terjeszti térbeli információkat.
Többen úgy értelmezik, hogy a geoinformatika a térinformatikánál szűkebb kategória, és geoinformatika alatt a földmérés, távérzékelés, földrajz és térképészet új módszereit és lehetőségeit kutató tudományt értik. A továbbiakban a GIS megfeleltetésére a térinformatikai rendszer fogalmat használjuk.
A térinformatikai rendszer (GIS) egy olyan számítógépes rendszer, melyet földrajzi helyhez köthető adatok gyűjtésére, tárolására, kezelésére, elemzésére, az információk megjelenítésére, a földrajzi jelenségek megfigyelésére, modellezésére dolgoztak ki. A GIS lehetőséget ad nagyszámú földrajzi és leíró adat gyors, együttes, integrált áttekintésére és elemzésére. A hálózatok terjedésével egyre erősödik az információ gyors elérése iránti igény.
A GIS által előállított információ választ ad olyan kérdésekre, mint
• Mi van itt?
• Hol van?
• Merre menjek?
• Mi változott?
• Mi történik, ha...?
A szakirodalomban gyakran szinonimaként használják a térinformatika és a GIS fogalmát, pedig fontos ezek között különbséget tenni. A térinformatika tudomány, az informatika egy speciális ága, olyan informatika, amelyben az információ alapjául szolgáló adatok földrajzi helyhez köthetők. Tegyünk tehát éles különbséget a térinformatika és a GIS fogalmak között!
Használni fogjuk a későbbiekben a GI rövidítést is, ha nem a rendszerről, hanem annak csupán szolgáltatásairól (térbeli, földrajzi információról – Geospatial, Geographic Information) beszélünk.
A GIS és a térinformatika egymással szoros kölcsönhatásban fejlődik. Egy-egy új algoritmus vagy módszer új lehetőségeket biztosít a rendszerek kialakításában, illetve alkalmazásában. Ugyanakkor a GIS alkalmazások problémái új tudományos kérdéseket vetnek fel, tapasztalatai pedig megerősítik a fejlődés tendenciáit.
A térinformatika - több tudományágra, szakterületre kiterjedő, azokat integráló jellege miatt - lényeges hatással volt a földrajzi folyamatok megismerésére, de a mindennapi életünkre is. A GIS alkalmazása olyan hatással volt a tudományra és a technikára, technológiákra, mint a távcső megjelenése négy évszázaddal korábban.
A holland Hans Lippershey Middelburgban 1608. október 2-án szabadalmat jelent be kétlencsés távcsőre. Az ezt követő évben meg is építi találmányát, az első binokuláris teleszkópot. Az elnevezést a görög tele="távoli", és a szkopein="nézni" szavakból alkotta. Lippershey úgy fedezi fel a távcső elvét, hogy megfigyeléseket végez. A megfigyelt zászló nagyobbnak látszik, ha bikonkáv és bikonvex lencséből álló rendszeren keresztül szemléljük.
Galilei a távcső felfedezésének hírére félbeszakította a mozgásokra vonatkozó kísérleteit és egy távcső építésébe kezdett. Velence ekkor az európai üvegművesség fővárosa, így nem okoz gondot a megfelelő eszközök, anyagok (pl. csiszolópor) megszerzése. Galilei a távcső elkészülte után, egy kísérleti bemutatót tart a Velence vezetőinek, és a látottak elkápráztatják a szenátorokat. Szinte azonnal meg is szavazzák, hogy fizetését megduplázzák. Az égbolton látottak Galilei minden reménységét felülmúlták. Csodálatos új világot, új univerzumot fedezett fel, olyat, amelyet előtte senki sem látott.
A GIS szoftverek a létrehozott adatbázis felhasználásával egyszerűen és gyorsan szolgáltatnak információkat a felhasználók (döntéshozók, kutatók, tervezők, turisták stb.) számára. Természetesen ez akkor igaz, ha az adatbázis szerkezetileg és tartalmilag megfelelő, valamint ha a GIS szoftver felkészült a felhasználói kérdésekre.
Ebben a modulban
• áttekintjük a térinformatika alapfogalmait, kialakulását és fejlődését,
• bemutatjuk a térinformatika előnyeit,
• a GIS fő elemeit, valamint a
• a térinformatika kapcsolatát más tudományágakkal.
A fejezet elsajátítása után képes lesz:
• meghatározni a térinformatika alapfogalmait,
• felvázolni a térinformatika fejlődési tendenciáit,
• bemutatni a GIS főbb alkotó elemeit,
• érvelni a térinformatika alkalmazása mellett,
• körvonalazni a GIS helyét és szerepét.
2. 1.2 A GIS jelentősége és elemei
2.1. 1.2.1 Adatok és információk
Mondják, hogy egy kép többet mond ezer szónál. Ha ez igaz, akkor a térkép - a valós világ képi megjelenítése - többet mond egymilliónál. Mennyit érne térkép nélkül az útikönyvek leíró szövege? Hogyan tudnánk szöveges tájékoztatással helyettesíteni a várostérképet? Mennyivel mond többet a baleseti statisztikánál egy áttekintő tematikus térkép? Hogyan tudnánk megmondani közműtérkép nélkül, hogy mik a teendők egy meghibásodásnál?
1.2. ábra. Egy kép többet mond ezer szónál. Pannónia és Dácia képe a Peutinger-féle5 táblán
A fenti állítás további bizonyságul a Peutinger-féle táblát mutatjuk be, a római birodalom egyik legrégibb térképét. A kép egy sajátos térkép, alapvetően az utazók számára készült. Fel vannak tüntetve rajta az útvonalak, az út mentén fekvő főbb városokkal és erődítményekkel, valamint az egyes helyek közti távolság miliákban (egy milia = 2000 lépés). A térkép a helyzeti adatokkal csak elnagyoltan foglakozik. A városok közötti térbeli kapcsolatokat (topológiát) viszont kiválóan mutatja.
Az adatok egyre nagyobb hányadát kezeljük számítógépekkel. Ezen adatok mintegy 80%-a helyhez köthető.
Tehát ez az óriási adattömeg rövidesen megjelenik majd térinformatikai rendszerekben.
A GIS által megválaszolható tipikus kérdések:
• Mi van itt? Ki ennek a földrészletnek a tulajdonosa?
• Hol van 10% beépítettséget meghaladó ingatlan?
• Merre menjek a legközelebbi pénzkiadó automatához?
• Hogyan változtak a művelési ágak az elmúlt öt évben?
• Milyen ellentmondások vannak az engedélyezett és a valós közterület-foglalásban?
• Mi történik akkor, ha itt felépül a bevásárló központ?
Ezek a térbeli információk a GIS segítségével gyorsan és szövegesen, kimutatásokban grafikonokkal, vagy térképszerűen, egyre gyakrabban multimédia környezetben jelennek meg. Az információk előállításának feltétele, hogy a kérdések megválaszolásához szükséges adatok elérhetők legyenek, az adatok feldolgozására és megjelenítésére megfelelő hardver eszközök álljanak rendelkezésre, és ami ugyancsak nagyon fontos a fogadókészség, az informatikai kultúra, a térinformatikai tudatosság, mert e nélkül a GIS nem lehet sikeres.
Az adatgyűjtés során a GIS céljától függően a lényeges adatokat elkülönítjük a lényegtelenektől (generalizálás), majd a fontos adatokat számítógéppel olvasható formába alakítjuk, felépítjük a valós világ célszerűen egyszerűsített modelljét. Ezzel a témával alapvetően elvi szinten foglalkozunk majd a 2. modulban;
de technológiai szinten más tantárgyak részletesebben tárgyalják. A modellépítés döntően határozza meg a GIS megbízhatóságát, használhatóságát. Erre a tényre a későbbiekben többször is felhívjuk a figyelmet.
1.3. ábra. Az adatbázis a valóság célszerűen egyszerűsített mása
5 Eredetije korabeli mérések és térképek alapján Marcus Alexander Severus római császár (222–235) idejében készült, de ez elveszett.
Szerencsére az eredetit 1265-ben egy szerzetes Kolmárban lemásolta, ez a másolat utóbb Peutinger, augsburgi városi írnok birtokába került, ezért is nevezik Peutinger-féle táblának.
1.4. ábra. A valóság ábrázolása raszteresen és vektorosan6
Amint említettük, a tudomány és a gyakorlat számára a térinformatika megjelenésének hatása hasonló a távcső megjelenéséhez. A GIS segítségével olyan információk szerezhetők meg, melyekre korábban nem nyílt mód.
Nem nyílt mód, mert olyan nagy számítási vagy szerkesztési időigénye lett volna, ami időben vagy költségben megengedhetetlen korlátot jelentett volna. Az időbeli korlátnál gondoljunk például a katonai vagy az űrtechnikai alkalmazásokra, ahol a gyors reagálás elengedhetetlen. A 3D szerkesztések, térképek animálása csak a számítógépek korában kezdett elterjedni, mert a szerkesztések emberi munkával megfizethetetlenek lettek volna.
Ezzel a távcsővel szemlélve, elemezve a világot, kiválasztható a kívánt földrajzi környezet, megfelelő szűrők
„behelyezésével” kiszűrhetjük a lényegtelen részleteket, így a felhasználót a felesleges részletek nem zavarják.
Előáll az információ. A térbeli elemzéssel a tananyag 2. kötete foglalkozik részletesen.
elemzés
6 Forrás: http://www.indiana.edu
1.5. ábra. A GIS egy speciális távcső
A magyar nyelvben elemzés alatt azt a folyamatot értjük, amelyben a vizsgálat tárgyát részeire, alkotóelemeire, mozzanataira bontjuk, és úgy vizsgáljuk. A szakirodalomban gyakran használatos az elemzés szinonimája az analízis. Mi ezt a 2. kötetben tágabban értelmezzük. Az információ előállításakor az analízis mellett szerepet játszik a szintézis. A szintézis során a vizsgálat tárgyáról megszerzett egyszerű ismereteket összegezzük, a (látszólagos) ellentmondásokat megszüntetjük, és az eredményeket egységes rendszerbe foglaljuk.
Sajnos általános az adat és az információ fogalmának gyakori helytelen használata, ami félreértésekhez vezethet.
Ennek elkerülésére jegyezzük meg, és alkalmazzuk, használjuk következetesen a következő két definíciót!
Az adat olyan tény, ismert dolog, melyből következtetések vezethetők le. Az objektumok, elképzelések, feltételek, helyzetek vagy más egyéb tényezők leírására szolgáló adatok lehetnek alfanumerikus (betű, szám), szimbolikus (jelkulcs), grafikus (rajz), képi (fénykép, szkennelt kép), vagy multimédia elemek (hang, videó stb.). Lényeges, hogy az adatokból interpretálással (értelmezéssel), manuális vagy automatizált feldolgozással információk nyerhetők.
Az előző ábra felhívja a figyelmet arra is, hogy az adatbázis7 felépítésekor, információ levezetésekor szükségszerűen adattömörítést végzünk. Éppen ez a célunk! Viszont ez a folyamat szakértelem hiányában félrevezető torzításokat eredményezhet. Az adatbázis szerepe az információ levezetésében meghatározó. A felhasználó az elemzés során a valóság helyett az adatbázist vizsgálja. Hibás vagy hiányos adatokból hibás eredmények születnek. Az adatbázis felépítése az 2-4. modulok témája.
Az információ valamilyen cél érdekében értelmezett, feldolgozott, az adott helyzetben a felhasználó számára aktuális, tematikus adat, mely esetenként nélkülözhetetlen, vagy hiánya nehézségeket, veszteségeket jelenthet.
Az információ előállítása alatt azt a folyamatot értjük, amelynek során a vizsgálandó kérdést vagy problémát először azonosítjuk, erre alapozva a megoldást modellezzük, majd megvizsgáljuk a modell által szolgáltatott eredményeket; ezeket értelmezzük (interpretáljuk), vagy segítjük a felhasználót, döntéshozót az értelmezésben, esetleg ajánlásokat is teszünk a kérdés megválaszolására vagy a probléma megoldására.
7 Az adatbázis azonos minőségű, többnyire strukturált adatok összessége, amelyet egy tárolására, lekérdezésére és szerkesztésére alkalmas szoftver kezel (Wikipédia).
Az információ segít a döntések meghozatalában azzal, hogy csökkenti a döntések bizonytalanságát. Az információ előállítása az egyszerű visszakereséstől a rendezésen, csoportosításon keresztül az adatok integrálásáig, elemzéséig rendkívül sokféle lehet. Az információ megjelenése lehet grafikus vagy szöveges (pl.
egy tematikus térkép vagy egy statisztikai táblázat).
Az elmondottak fényében nem helyes információrobbanásról beszélni. Valójában adatrobbanás következett be a XX. század második felében, melynek nyomán az új mérési és adatgyűjtési technológiák, a telekommunikációs eszközök fejlődése miatt az emberi agy számára feldolgozhatatlan mennyiségű adat vált elérhetővé. Az információtechnológia hajtómotorja éppen abban keresendő, hogy az elérhető adatokból minél komplexebb elemzéseket végezve adjon kezünkbe könnyen értelmezhető, használható és megfelelő információkat. Ezeket az információkat az adott döntési helyzetben, megfelelő időben kell megkapjuk.
1.6. ábra. Az információ hal az adatok tengerében8.
A földmérők, térképészek, térinformatikusok munkájában fontos szerepet kap a levezetett információk célravezető, legalkalmasabb formában való megjelenítése. Ezt a kérdést a Kartográfia tantárgy tárgyalja.
1.7. ábra. A GIS hibaforrásai
A levezetett információkat hibák terhelik, melynek mértékét a döntéshozónak fontos ismernie, hogy megalapozott döntést hozhasson. A forráshibák alatt az adatgyűjtés és az adatbázis építése során elkövetett hibákat értjük. Az adatbázisban lévő adatok feldolgozása, elemzése folyamán elkövetett hibák a feldolgozási hibák. A laikusok közül sokan megkérdőjelezik az utóbbi mondatot. Azt mondják, hogy a számítógép nem téved. Ez igaz, de a szoftverekbe beépített algoritmusok bizonyos esetekben hibásan működhetnek, és ami még
8 Forrás: www.fotosearch.com
gyakoribb, a felhasználó az egyes funkciókat általában fekete dobozként kezeli, mert nem ismeri annak elvi, matematikai hátterét. A forrás- és feldolgozási hibák mellett a felhasználó az információ értelmezésében (interpretálásában) is követhet el hibákat, különösen, ha a megjelenítés nem megfelelő. A hibák kiszűrésére és kezelésére a későbbiekben gyakran kitérünk.
Alkalmazási oldalról a GIS a „térképhasználat”, pontosabban a térbeli adatok használatának korszerű eszköze. A GIS lehetőséget ad nagyszámú helyzeti és leíró adat gyors, együttes, integrált áttekintésére és elemzésére. A GIS felépítésében, tartalmában, az alkalmazott hardver és szoftver tekintetében, a felhasználói környezetet illetően nagyon eltérő formákban jelenik meg. Erre még visszatérünk a 14. modulban.
A földrajz fogalmának szűkítésére, pontosítására a szakirodalomban egyre gyakrabban használják a térbeli (spatial újabban geospatial), vagy a föld- (land) információs rendszer kifejezéseket. Ezek között a határvonalak elmosódnak, de a meghatározó különbségekre felhívjuk a figyelmet:
• Földinformációs rendszer (Land Information System - LIS) - a jellemzően nagyobb felbontású („méretarányú”) rendszereket nevezik így, ahol a leíró adatokkal szemben a helyzeti adatok vannak túlsúlyban, jellemző példa erre a Nemzeti Kataszteri Programban előállított digitális földmérési alaptérkép.
• Térbeli információs rendszer (spatial, 3D) – a 3D modelleket kezdetben a bányászatban alkalmazták a bányakincs modellezésére. Manapság a harmadik dimenziónak egyre fokozottabb jelentősége van, ezért a fogalmat a GIS szinonimájaként is használják, de amint korábban is említettük, a földrajzi (geographical) jelző helyébe egyre gyakrabban lép a térbeli (geospatial) jelző. A hagyományos (2D) térképeket felváltó adatbázisok (pl. a 3D kataszter vagy a „digitális város”) mind gyakrabban foglalkoznak a határvonalak helyett az épületek komplex leírásával.
1.8. ábra. 3D modellezés (Google)
A térinformatikai rendszerekkel szemben támasztott alapvető követelmények a következők:
• a rendszer adatbázisába csak ellenőrzött adatok kerülhetnek,
• az adatok tárolása legyen biztonságosan megoldott,
• a rendszertervben megfogalmazott feladatokat az elvárt válaszidőn belül oldja meg,
• a rendszer kimenetén megjelenő információk minősége szavatolt legyen,
• a rendszer zárja ki az illetéktelen hozzáférést,
• kiépítése legyen gazdaságos,
• vegye figyelembe a környezet jogi szabályozottságát.
2.2. 1.2.2 A tér képe
Hagyományosan az analóg alaptérképek fontos funkciója az adatok tárolása. Ezért a térképek mindmáig a GIS fő adatforrásai. Ugyanakkor a GIS több mint a térkép, mert megszünteti az adattárolás, manuális elemzés és térképszerkesztés számos korlátját. Az adattárolásban a GIS szinte korlátlan lehetőségeket biztosít.
Adatelemzésben a számítógép sok olyan funkcióra képes, melyekre a manuális megoldások során gondolni sem lehetett. Az információk megjelenítésében a számítógépes grafika újabbnál újabb eszközöket ad kezünkbe.
1.9. ábra. A térkép adattárolási képessége korlátos
Amint az ábrán látjuk a térkép adattárolási képessége erősen korlátozott. Az ábrázolt adatok mennyisége egy határon túl olvashatatlanná teszi a térképet. A GIS viszont lehetővé teszi a helyzeti és a leíró adatok egymáshoz rendelését. Sőt, a kapcsolóelemek révén a többszörös adatkapcsolatokat. Ilyen kapcsoló elem lehet például a földrészlet helyrajzi száma. Ehhez, mint egyedi azonosítóhoz hozzárendelhetők a földhivatalban tárolt tulajdoni adatok, a terület, a postai cím stb.. A postai cím alapján adatbázisunkba kapcsolható egy áruházlánc vevőit, vásárlási szokásait, adószámaikat stb. adatbázisa. Ezzel a módszerrel, valamint a hálózatos adathozzáférés révén a tároló képesség gyakorlatilag végtelen.
1.10. ábra. A GIS adattárolási képessége gyakorlatilag korlátlan
A GIS hatékony visszakeresést biztosít. Az adatlekérdező nyelv egyre jobban hasonlít a beszélt nyelvhez.
Logikai relációkkal, szöveges vagy grafikus (ablak/ikon) menürendszerrel a felhasználó igen rövid idő alatt kikeresheti az adatbázisból a számára lényeges adatokat. A térbeli hely alapján az adatok egymásra fektethetők (ezt átlapolásnak hívjuk, angolul overlay), kereshető közöttük a kapcsolat. A következő ábrán egy árvízi elöntési határvonal és egy földmérési alaptérkép birtokhatárainak átlapolása látható.
1.11. ábra. Átlapolás
Nagyobb területek ábrázolásakor a szelvényezést alkalmazunk, hogy a terepen kezelhető méretű térképekkel dolgozhassunk, egy-egy térképlap (szelvény) mérete nem haladhatja meg 60-100 cm-t. Nagyobb területek modellezésekor a térinformatikai rendszer memória- és tárkapacitásának véges volta miatt korábban az adatbázist is tagolnunk, szegmentálnunk kellett. Ez általában szabályos négyszöghálós alapon, hasonlóan a térképek szelvényezéséhez történt. De a részekre bontás történhetett szabálytalan vonalak mentén, például közigazgatási egységenként is. A tagolás megnehezítheti az adatmanipulációt a határvonalak közelében, ha erre a szoftver nincs felkészítve. Előírás, hogy a szegmensek csatlakozása legyen ellentmondásmentes (átlapolás- és szakadásmentesség, folytonosság biztosítása stb.). A mai korszerű, fejlett rendszerekre a folytonos adatbázis (seamless database) jellemző.
1.12. ábra. Az adatbázis horizontálisan szegmensekre tagolható
Az adatmegjelenítés egyszerűbb, gyorsabb, kényelmesebb. A modellezett terület törésmentesen szemlélhető.
Nincsenek szelvényhatárok, mint a térképek esetében. A megjelenítés méretaránya egy tartományon belül tetszőlegesen változtatható (zoom). A színek és az árnyékhatás fokozat nélküliek. A felszínadatok perspektív képe egyszerűen megszerkeszthető, a 3D adatbázis a virtuális valóság. A térinformatikai rendszerben az időfüggő adatok idősoros elemzése, vizsgálata és animációs megjelenítése egyszerűen lehetséges.
1.13. ábra. Tájba illeszkedési vizsgálat
2.3. 1.2.3 A térinformatika előnyei
A Térinformatikai menedzsment tantárgyban fogjuk részletesen tárgyalni a GIS előnyeit és gyakorlati hasznát.
Itt meggyőzésül elöljáróban, engedjen meg egy egyszerű példát. Ha kiszámítanánk, hogy mennyibe kerül az
"egységnyi betűvetés" lúdtoll illetve golyóstoll esetén, akkor minden bizonnyal a lúdtoll lenne az olcsóbb.
Ennek ellenére én golyóstollat használok, és biztos vagyok, hogy Ön sem lúdtollat. Vannak tehát olyan tényezők, amelyek a gazdaságossági számításokban csak közvetve jelentkeznek és vannak olyan szempontok, amelyek pénzzel nehezen mérhetők.
1.14. ábra. A GIS használata gazdasági előnyökkel jár
A változások vezetése a térképeken körülményes és időigényes. A GIS ezt leegyszerűsíti, így a naprakész adatbázisból megbízhatóbb információkat adhatunk. A hálózatban végzett munka gyors hozzáférést tesz lehetővé és biztosítja az alapadatok hitelességét. Mindezek által javul a GIS üzemeltetők és a kapcsolódó intézmények közötti információs kapcsolat. Mivel nő a tárolókapacitás tárolhatjuk és elemezhetjük a változásokat is.
Hagyományos rendszerekben gyakori gond az adatokhoz való hozzájutás nehézkessége. Például még néhány éve is csak a területileg illetékes körzeti földhivataltól lehet joghiteles tulajdoni információt szerezni. Az ügyfeleknek ezért sokat kellett utaznia, és sok időt kell eltöltenie sorban állással. A számítógépes nyilvántartás az ügyfelek és hatóságok, pénzintézetek számára hálózaton keresztül országos szinten biztosítja a hozzáférést. A közhivataloknak törekedniük kell az egyablakos rendszer bevezetésére, vagyis olyan szolgáltatások kialakítására, ahol az ügyfélnek elegendő egy helyen kérelmet benyújtania (pl. építési engedély), és a hivatal beszerzi a döntéshez szükséges valamennyi információt (dokumentumot).
A GIS használatától várható további előny a katalizátori szerepéből adódik, vagyis abból, hogy segít a problémák vagy tendenciák feltárásában, képes a mögöttes okokra, összefüggésekre rámutatni, ezzel a feladatot új megvilágításba helyezni, új megközelítést vagy megoldást eredményezni. A GIS integrált, komplex adatbázisából levezetett információk olyan ötleteket indukálhatnak, melyek nélküle nem születhettek volna meg.
Ezek az ötletek a későbbiekben akár digitális modellkísérletekkel is ellenőrizhetők, majd részletesen kidolgozhatók.
A GIS összeköt embereket, szervezeteket és adatbázisokat. A térinformatika integrálja és kiszolgálja a legkülönbözőbb szakterületeket, a szakemberek széles csoportját. Együtt a szakértői csoport többre képes, mint önállóan. Az integrált adatbázis több kérdésre válaszol, mint elemei külön-külön. Az adatintegráció hozzáadott értéket jelent, a keletkező új termékek és szolgáltatások ennek révén további extra bevételeket jelenthetnek.
Az információtechnológia a fejlődésének első fázisában (a számítóközpontok idején) a demokrácia, az egyéni szabadság veszélyeztetőjének tűnt. Viszont az egymással és az adatbankokkal összekapcsolt személyi számítógépek mai világa - a decentralizáció - részvételi demokráciát tesz lehetővé. A GIS kiváló eszköz arra, hogy megosszuk másokkal a döntéshozás folyamatát. Fontos az érdekeltek bevonása (participatory planning).
Szükséges, hogy ez a folyamat minél átláthatóbb (transzparens) legyen.
A GIS képes kapcsolatot teremteni és megnövelt hatást (szinergiát) előidézni az elszigetelt, önálló adatbázisok között. A szinergia az együttműködés értéknövelő hatását jelző fogalom. A gyógyszerek hatásmechanizmusához hasonlóan az újabb adatszintek bekapcsolása – vagy több adatbázis összekapcsolása – szinergiahatást eredményez. Ez a hatás nem egyszerűen az összetevő elemek információ tartalmának összegződése, hanem annak megsokszorozódása. Gondoljuk meg, hogy mit ér külön-külön egy közúti és egy benzikút nyilvántartási adatbázis. Természetesen mindkettő használható, de összekapcsolásukkal az elemzés és tervezés új távlatai nyílnak meg.
A GIS használatával javul az adatbázisok egységessége, kommunikációs képessége, átjárhatósága, vagyis interoperatibilitása. A nyitott rendszerek elvéből fakad az interoperatibilitás. A szabványos módszereket alkalmazása lehetővé teszi, hogy különféle szoftvercégektől származó szoftver-rendszerek, különböző alkalmazások adatokat cseréljenek, problémák nélkül együttműködjenek.
Összefoglalóan, a GIS használatától várható előnyök:
• a redundáns tevékenységek csökkenése, a feladatkörök karcsúsítása,
• a jobb információk megalapozottabb döntések meghozatalát segítik, lehetőség van több alternatíva előkészítésére, ami alacsonyabb megvalósítási költségeket eredményez, javul az eszközhasznosítás és az erőforrás ellenőrzés,
• a gyors és osztott adathozzáférés javítja a felhasználó válaszadó képességét, megbízhatóbb, naprakészebb információkat ad a megkeresésekre,
• nő a tárolókapacitás és az adatelemző képesség, az adatfeldolgozás hatékonysága, a GIS segít a problémák vagy tendenciák feltárásában, képes a mögöttes okokra, összefüggésekre rámutatni,
• javul a kapcsolódó intézmények és a GIS rendszert üzemeltető közötti információs kapcsolat,
• az új termékek és szolgáltatások bevételeket jelenthetnek,
• a nyilvánosság biztosítása erősíti a bizalmat a döntéshozó testülettel szemben.
2.4. 1.2.4 A GIS alkotóelemei
A térinformatikai rendszert a következő fő elemek és kapcsolatuk határozzák meg:
1. hardver,
2. rendszer és alkalmazási szoftverek, 3. adatbázis,
4. alkalmazott technológiák,
5. kezelő személyzet és 6. felhasználói környezet.
Ennek a hat elemnek a szerves és harmonikus kapcsolata szükséges a GIS hatékony működéséhez. A GIS alkotóelemei között egyre inkább önálló tényezőként szerepel a hálózat.
A rendszer összetevőinek költségvonzatát érzékeltetve gyakran találkozunk a következő számsorral: Ha a hardver költsége 1, akkor a szoftveré 10, az adatbázisé pedig 100. Valójában ez nagyban függ a rendszer céljától, és nem nagyságrendiek az eltérések, de a példa jól mutatja az arányokat. Ha az elemek fontosságát vizsgáljuk, akkor az emberi tényező súlya 1000!
1.15. ábra. A felhasználói környezet fontossága
A rendszer felépítésének mintájául gyakran alkalmazzák a piramis felépítésének példáját. A GIS piramis annyiban speciális, hogy alapja is háromszögű, ezt a tudományos, szakmai és technológiai háttér jelképezi. Az előzőekben többször hangsúlyoztuk az informatikai rendszer illetve a környezet fontosságát. Ez a piramis egyik oldala. A másik két oldalt a menedzsment és az alkalmazások jelentik. Ezekre a Térinformatikai menedzsment tantárgyban még részleteiben visszatérünk. Most csak annyit, hogy a GIS sikere nagyban múlik a rendszer tervezésétől, kialakításának és működésének szervezettségétől. Az alkalmazásokra nézve feltétlenül fontos a rendszer céljának való optimális megfelelés.
1.16. ábra. A GIS piramis (Detrekői, 2002. nyomán)
A piramist az informatikai rendszer oldalról nézve a GIS működése során bemenő adatokat (input) fogad és ebből egy adatbázist épít fel. Az elemzési folyamat közben általában az adatbázis adatait használja, de főleg
vezérlő funkciókhoz igénybe vesz egyéb interaktív bemeneti eszközöket. A kimeneten (output) jelennek meg az eredmények. A rendszerre kettős visszacsatolás jellemző. A belső visszacsatolás módosíthatja az elemzési folyamatot, ha nem kaptunk elegendő információt, de visszahathat az adatbázis tartalmára is, ha adathibákat vagy hiányosságokat tárunk fel. A belső visszacsatolási folyamat során gyakran a rendszer teljesítményét mérő adatok jönnek létre. Ezeknek az adatoknak a kiértékelése alapján az adattárolás, illetve a működés módosítása történik meg, a hatékonyság fokozása érdekében.
1.17. ábra. A GIS funkcionális vázlata
A GIS piramist a menedzsment oldalról szemlélve fontos rendszerelemek a következők:
Adatbázis (database) építés
• adatgyűjtés - térképekről, fényképfelvételekről, terepi mérésekből, népesség-nyilvántartásból stb.
• adatbevitel - az adatokat a forrásanyagból digitális adatbázisba kell tölteni.
Adatmenedzsment (data management)
• adatkezelés - milyen gyakran használjuk, hogyan kell felújítani, titkosság, adat megbízhatóság,
• adatmenedzsment – az adatvagyon hatékony felhasználása,
• személyzet - rendszergazda, adatbázis menedzser, rendszerkezelők, elemzők, operátorok,
• működés - szoros együttműködés szükséges a GIS csoport és az intézmény egyéb részlegei között, a rendszer hatékony működésének biztosítására.
Adatelemzés (analysis),
• visszakeresés és elemzés - az egyszerű lekérdezéstől a nagy adatbázisok komplex statisztikai elemzéséig.
Megjelenítés (display, presentation, mapping)
• információk szolgáltatása - az eredmények megjelenítése térképen, táblázatosan vagy más rendszerbe való átvitellel.
Felhasználás (application)
• a felhasználók lehetnek kutatók, tervezők, szervezők,
• együttműködés szükséges a GIS rendszertervezők, GIS szakértők és a felhasználók között az adatszerkezetek illetve a feladatmegoldás megtervezéséhez.
3. 1.3 A térinformatika fejlődése
A térinformatika új keletű fogalom, a múlt század második felében született, a számítástechnika gyors fejlődésének köszönhetően.
A számítástechnika alkalmazási lehetőségeivel a térbeli adatok feldolgozásában már az ötvenes években foglalkoztak. Charles Miller, a számítógépes út- és vasúttervezés megalapítója, az ötvenes évek közepén megteremti a digitális domborzatmodellezés alapjait. 1961-ben Miller munkatársaival a Massachusetts-i Műegyetemen (MIT - Massachusetts Institute of Technology) kidolgozza az első piaci CAD (Computer-Aided Design, magyarul számítógéppel segített tervezés) programot. Millernek ez a COGO (Coordinate Geometry System) rendszere elsőként vitte a földmérési és építőmérnöki feladatokat számítógépre. A számítógéppel segített tervezés elnevezésre a nyolcvanas években használtuk az automatizált műszaki tervezést (röviden AMT) is.
A Washingtoni Egyetem Földrajzi tanszéke (University of Washington, Department of Geography) 1958-61 között komoly eredményeket ért el az alapvető számítástechnikai fejlesztések a térbeli statisztika, és a számítógépes térképészet területén. Az itt dolgozó kutatók meghatározó szerepet játszottak, a teljesség igénye nélkül említjük:
• Nystuen - térbeli alapfogalmak: távolság, irány, topológiai kapcsolatok,
• Tobler – a földrajz első törvénye, számítógépes térképészet, vetületi számítások,
• Bunge - elméleti földrajz, a térbeli adatok helyzeti adatainak meghatározása: pontok, vonalak, területek,
• Berry - a földrajzi helyek jellemzőinek (attribútumok) raszteres leírása, különböző tematikával átlapolt térképek regionális elemzése, egy adatszint részleteinek tanulmányozása.
A hatvanas években az egyedi hardvereket felváltották a kereskedelmi termékek. A hardver megfelelő szintre fejlődött ahhoz, hogy el lehessen kezdeni az első térbeli elemzési (spatial analysis) és számítógépes térképészeti (Computer-Aided Mapping, röviden CAM) próbálkozásokat. Ebben a Harvard Lab (teljes neve Harvard Laboratory For Computer Graphics And Spatial Analysis) állt az élen. Howard Fisher, alapozta meg a Harvard Egyetem "Számítógépes grafika és térbeli elemzések" laboratóriumát a hatvanas évek közepén, abból a célból, hogy egy általános célú térképező szoftver fejlesszenek ki. A Harvard Lab a nyolcvanas évek elejéig jelentős befolyással volt a GIS fejlődésére. A Harvard Lab által kifejlesztett szoftvereket széles körben terjesztették, ami nagymértékben elősegítette a GIS alkalmazások bázisának megerősödését. Itt "nőtt fel" a legújabb kori GIS sok úttörője.
Összefoglalóan, a térinformatika gyors fejlődését ebben az időszakban a következő tényezők okozták:
• a számítógépek fejlődése, alapvetően a számítógépes grafika fejlődése,
• a térbeli folyamatok elméletének fejlődése a gazdasági és politikai földrajzban, tervezéselméletben stb.
• a szociális és környezetvédelmi területen megnyilvánuló növekvő tudatosság, a társadalom egyre magasabb szintű képzettsége.
Az első valódi GIS alkalmazás megvalósítása Roger Tomlinson nevéhez fűződik. Tomlinson CGIS (Canadian GIS) rendszere a hatvanas évek végére készült el, és a kanadai földnyilvántartás részére mezőgazdasági, erdészeti, vadászati, turisztikai és talajtani adatokat gyűjtött 1: 250 000 méretarányban. A tematikus tulajdonságokat leíró adatokat osztályokba sorolták, így elemzéseket is végezhettek.
A CGIS új technológiai fejlesztéseket követelt,
• nem voltak tapasztalatok az adatszerkezetek kialakításával kapcsolatban,
• senki nem végzett korábban digitális adatszintek között műveleteket,
• térkép digitalizálásra kísérleti pásztázó digitalizálót (szkenner) fejlesztettek ki,
• az adatbázis részekre (szelvényekre, körzetekre) bontása (horizontális szegmentálás), a szelvény- illetve körzethatárokon a csatlakozó vonalak szabatos illesztésével (él illesztés),
• a szkennelt raszterképek vektorossá (vonalassá) alakítása,
• a vonalas objektumok belső ábrázolása - egy egyenes vonal helyett, annak a 8 alapirányba (égtájak és mellékégtájak) eső, láncolt inkrementumokkal való közelítése (Freeman chain code),
• a foltszerű objektumok meghatározására vonalelem (arc) és mutatók (pointers) elvének kidolgozása (A mutatók a vonalelemtől balra és jobbra eső foltokkal (poligonokkal) teremtik meg a kapcsolatot. Ez volt az első "topológiai" rendszer, amely kapcsolatot létesített az adatbázisban lévő vonalak és poligonok között.),
• a leíró adattáblák elvének kialakítása, a helyzeti és leíró adatok különválasztása,
• az adatok tematikus bontása (vertikális szegmentálás),
• a térbeli elemzés alapvető módszereinek kidolgozása: térképek átlapolása, területmérés, térbeli hely alapján végzett lekérdezés,
• a legfontosabb eredményeket a különböző tematikákra végzett statisztikai összesítések jelentették,
• a későbbi fejlesztések a rendszer kimenetén már egyszerű térképeket is eredményeztek.
Ezeket a próbálkozásokat követően a szoftver fejlesztések felerősödtek, kialakultak a térinformatikai cégek, például a ESRI, Intergraph, MapInfo stb. Kialakultak a térinformatika speciális perifériái (digitalizáló asztal, szkenner, grafikus képernyő stb.) A kutatások fejlődése miatt a GIS rövidítés feloldására a Geographic Information System helyett egyre gyakrabban alkalmazták a GIScience, majd a Geo-Information Science kifejezést. Vagyis a térinformatika tudományos rangot kapott.
A nyolcvanas években jelentek meg a bonyolultabb térbeli elemzésre alkalmas, majd a döntés-előkészítést is segítő rendszerek. Több közmű, környezetvizsgálati és regionális tervezési célú rendszer jutott el az alkalmazás magasabb fázisába. Ebben az időben jelent meg az ARC/INFO első változata is. A nyolcvanas évek informatikai fejlődésére a PC (personal computer – személyi számítógép) megjelenése nyomta rá a bélyegét. Ezzel a számítóközpontok korát felváltotta a decentralizált számítástechnika, amely gyakorlatilag mindenki számára elérhetővé vált. Megkezdődött az országos adatbázisok kialakítása, a térbeli adatinfrastruktúra létrehozása.
Itt jegyezzük meg, hogy a földmérés (surveying) megújulását visszatükrözendő elkezdett terjedni a geomatika (geomatics) kifejezés. A földmérési technológiák alapvető változásokon mentek át a méréstechnika és a számítástechnika fejlődése következtében. A műholdak eredményeképpen megjelentek a távérzékelési (Remote Sensing) technológiák majd a globális helymeghatározó rendszerek (Global Positioning Systems, röviden GPS9) és a hozzájuk kapcsolódó adatgyűjtési alkalmazások. A térinformatika, amint látni fogjuk a későbbiekben, igen széles körben elterjedt. Ezért az alkalmazások tág tématerületét leválasztandó, a térinformatika alapszolgáltatásaira (a földmérés, földrajz, térképészet hagyományos feladataira) való szakosodást éreztetjük a geoinformatika jelzővel.
A kilencvenes években a projekt-alapú, egyedi célú, szigetszerű GIS alkalmazásokat kezdik felváltani az integrált vállalati rendszerek. A GIS egyre inkább integrálódik az informatikai rendszerekbe. A nyílt rendszerek a nyolcvanas években elterjedtek az informatikában, most bevonulnak a térinformatikába is. A korábbi időkben a gyártó cégek a vásárlókat hosszú távon magukhoz láncolták azzal, hogy az általuk gyártott hardver és szoftver rendszerek nem voltak kompati-bilisek más gyártó cégek termékeivel. A hálózatos munkát ez nagyon megne- hezítette. Napjainkra a vásárlói igény kikényszerítette, hogy a fejlesztők kötelezzék el magukat a „nyílt”
rendszerek építése mellett. Ez azt jelenti, hogy együtt-működnek közös hardver- és szoftverszabványok kialakításában. A legfőbb piaci szereplők közös szabványokat dolgoznak ki. Ez nyilvánvalóan még na-gyobb lökést ad majd a GI rendszerek hálózatos működését támogató irány-vo-nal-nak. A legközelebbi jövőben már nincs túl nagy piaca az olyan hardver- és szoft-ver--termékeknek, melyek nem integrálhatók könnyen egy heterogén hálózatba.
A fejlesztők azt a célt tűzték maguk elé, hogy a rendszerek átjárhatóak legyenek. Eddig is működtek export- import funkciók, egyik rendszerből a másikba át lehetett vinni adatokat, de ez adatvesztéssel járt, és ami ennél is fontosabb, az importálás után nem volt biztosított az adatbázis élőntartása. A nyílt rendszerek alapja a szabványosítás. Azt a távlati célt kívánják elérni, hogy bármely hardver, bármely szoftver, bármely adatot feldolgozva, ugyanazt az eredményt szolgáltassa. Ezen dolgozik az ISO (International Standard Organisation)
9 Az utóbbi időben a globális helymeghatározó rendszereket Global Navigation Satellite Systems (GNSS) néven jelölik. Ennek bevezetésére azért volt szükség, mert az USA kialakította GPS mellett sorra jelennek meg a új rendszerek, mint pl. az orosz GLONASS, vagy az EU Galileo).
TC 211 munkacsoportja, az OGC (Open Geospatial Corsortium), bevonva olyan szakmai szervezeteket, mint a FIG (a földmérők nemzetközi szövetsége), vagy az ICA (a térképészek nemzetközi szövetsége).
A jelen évtizedre az Internet alapú térinformatikai rendszerek gyors elterjedése a jellemző. A térbeli adatinfrastruktúra (hasonlóan a hagyományos közművekhez) rendelkezésünkre áll. A GIS adatbázis fizikailag már nem feltétlenül a számítógépünkön, vagy a helyi hálózatban, hanem egyre általánosabban a világhálón valósul meg. A Google Earth (újabban már a Google keresőbe épített Térkép) a Google saját keresőmotorjának erősségeit felhasználva űrfelvételek és egyéb térbeli adatszintek méretarányfüggő, átlapolását végzi el, ezzel segítve egy adott hely alapvető térbeli információinak előállítását. A távcső hasonlat itt is szemlélteti a funkciók lényegét, sőt a mikroszkóp hasonlattal is élhetnénk. Megadva egy földrajzi hely nevét, a Google az űrből indulva ráközelít a megadott helyre. A méretarány egyre növekszik. Eközben látjuk, hogy egyre nagyobb felbontású képek, egyre részletesebb megírások kerülnek a képernyőre. Megtekinthetjük akár az épületek háromdimenziós (3D) képét. A képet dönthetjük és forgathatjuk. Az űrfelvételekre rákerülnek az úthálózat, az utcanevek. Rákereshetünk parkokra, éttermekre, szállodákra, a Google megadja, hogyan érhetjük el ezeket.
1.19. ábra. A Google Térkép
A mobil kommunikáció terjedésével az eszközök helyhez kötöttsége egyre csökken, egyre viselhetőbbé válnak.
Az 1.20. ábra bal oldalán látható képen a hordható számítógép (wearable computer) tréfás változatát látjuk, de a középső képen bemutatott katonai megoldások igen hasznosak a gyakorlatban megszokott feladataink elvégzésében. A GPS és a GIS integrálásával megszületett navigációs rendszerek segítenek a mindennapi életben.
1.20. ábra. Számítógépes viseletek
A mobil GIS igen széles skálán biztosít további hasznosítási lehetőségeket. Például a profi hegymászók sok pénzt áldoznak egy-egy csúcstámadás előkészületeinél, illetve annak végrehajtására, így biztos piacot jelenthetnek egy jól megalkotott PDA (Personal Digital Assistant - zsebszámítógép) számára. Az olasz Interaction Design Institute felismerve a lehetőséget, egy olyan projektet indított nemrég, amely ötvözi a műholdas telefont, a GPS-t, a digitális fényképezőgépet, a PDA-t egy viselhető rendszerbe, amelyet egy kesztyűbe-integrált vezérlőrendszerrel láttak el. (Forrás: www.gps.hu)
1.21. ábra. Viselhető számítógép
Ezzel a térinformatika fejlődése nem áll meg, sőt egyre gyorsuló tendencia tapasztalható. Erre a témára még visszatérünk a 14. modulban, ahol a térinformatikai alkalmazásokról írunk részletesen, valamint ennél alaposabban vizsgáljuk a jelen helyzetet és felvázoljuk a jövőképet.
4. 1.4 Kapcsolódó tudományok
A térinformatika fejlődésében sok tudomány (pl. geodézia, fotogrammetria, távérzékelés, térképészet, földrajz, elektronika, matematika, döntéselmélet stb.) hatása jelentkezik. A térinformatika műveléséhez sok tudomány alapjainak ismerete szükséges. A térinformatika tehát sok tudomány (diszciplína) vagy szakterület eredményeit ötvözi (azt mondhatjuk, hogy multidiszciplináris) és széles körben használható. Ebben a tekintetben a GIS interdiszciplináris, integrátori szerepet játszhat. Integrálja egy-egy döntéselőkészítés vagy elemzés során a szakemberek széles csoportját. A térinformatika közelebb hozza egymáshoz a hagyományos tudományágakat.
Ezekben az együttműködésekben gyakran katalizátorként szerepel, olyan megoldásokat indukál, melyek a GIS eszközrendszere nélkül elképzelhetetlenek lettek volna. Ebből a szempontból is használható a távcső hasonlat.
1.22. ábra. Egy korszerű térinformatikai rendszer
Mielőtt megvizsgáljuk a térinformatika helyét, és szerepét a tudományok között, keressük meg gyökereit! A térinformatika a legújabb tudományok közé sorolható, írtuk az előzőekben. Ez feltétlenül igaz, ha az informatika
oldaláról közelítjük, De, ha az elméleti alapokat és a gyakorlati tapasztalatokat nézzük, akkor azt mondhatjuk, hogy az egyik legősibb tudomány. Az ember információ igénye, életének velejárója. Gondoljunk itt például arra az elemi igényre, amit az a kérdés hordoz, hogy: merre menjek? A térinformatika tudományos gyökereit a földmérés, a földrajz és a térképészet jelenti. Azt is mondtuk korábban, hogy a GIS a térinformatika eszköze.
Minden kornak megvoltak a maga „korszerű” térinformatikai eszközei, amint ezt a következő ábra is szemlélteti.
John Snow térképet használt az 1854-es londoni kolera halálozási előfordulásainak bemutatására. Feltételezése szerint a fertőzött ivóvíz okozta a járványt. Ezért az elhalálozás helyét bemutató tárképen feltüntette a városi kutakat is. Az elemzéssel egy fertőző kút helyét azonosította. Az önkormányzat a kutat bezáratta. Ezt követően a járvány rövidesen megszűnt. Ez a térbeli elemzések egy korai sikeres példájának tekinthető.
1.23. ábra. John Snow térképe (Forrás: UNIGIS)
A térinformatikát gyakran tekintik "szolgáltató technológiának", mert nagy lehetőségeket biztosít a térbeli adatokkal foglakozó tudományágak széles körének. Mindegyik kapcsolódó szakterület módszerekkel, technikákkal bővíti a térinformatikát. Ezek közül sokban az adatgyűjtés a döntő (pl. földmérés, fotogrammetria, távérzékelés, topográfia). A térinformatika közelíti egymáshoz az érintett tudományágakat. Kiemelve GIS adatintegráló, modellező és elemző szerepének fontosságát megemlíthetjük pl. a földrajzot, vagy a térképészetet.
Ebben az integrációs szerepben a térinformatikát megilleti a térbeli információk tudománya cím.
1.24. ábra. A térinformatika kapcsolata más tudományokkal és szakterületekkel (1990)
A kilencvenes évek elején írt amerikai tanulmány alapján készült ábra, a térinformatika kapcsolatát mutatja más tudományokkal és szakterületekkel. A következőkben röviden magyarázzuk az ábra elemeit.
Földmérés
• A geodézia nagy pontosságú adatokkal adja meg a földrészletek, épületek stb. helyzetét (pl. kataszteri térképek).
Fotogrammetria
• A légifelvételek kiértékelésével a fotogrammetria a topográfiai (síkrajzi és domborzati) adatok nyerésének legfontosabb forrása a GIS számára (pl. digitális ortofotó).
Távérzékelés
• A légi- és űrfelvételek a térbeli adatok fontos forrásai,
• a távérzékelés olcsó adatgyűjtési és feldolgozási megoldásokat jelent, magában hordozza az adatfelújítás, naprakészen tartás egyszerű lehetőségét,
• sok képfeldolgozó rendszer tartalmaz magas színvonalú analitikus funkciókat,
• a távérzékelés interpretált adatai a GIS egyéb adatszintjeihez illeszthetők.
Felsőgeodézia
• A felsőgeodézia a GIS helyzeti adatainak keretrendszerét adja.
Földrajz
• Széleskörűen foglalkozik a Földdel és a rajta élő emberrel,
• nagy hagyományokkal rendelkezik a térbeli elemzésben,
• jól megalapozott módszerekkel rendelkezik a térbeli elemzés lebonyolításához és a kutatásban térbeli irányultságot ad.
Térképészet
• A térbeli információ megjelenítésével foglalkozik,
• a GIS fő adatforrását napjainkban a térképek jelentik,
• nagy hagyományai vannak a térképtervezésben, ami fontos a GIS eredmények megjelenítésében,
• a számítógépes térképészet (más néven "digitális térképészet", "automatizált kartográfia") módszereket ad a térképészeti objektumok digitális megformálásában és elemzésében.
Statisztika
• Sokféle GIS modell statisztikai természetű; sok statisztikai megoldást használunk az elemzések során,
• a statisztika fontos a GIS adatok hibáival és megbízhatóságával kapcsolatos feladatok megoldásában is.
Matematika
• A matematika több ága, különösen a geometria és gráfelmélet gyakran használatos a rendszertervezésben és a térbeli adatok elemzésében,
• sok döntéselőkészítő GIS alkalmazásban van szükség optimalizáló módszerekre.
Számítástechnika
• A számítógéppel segített tervezés (computer-aided design, CAD) szoftverekkel és módszerekkel szolgál az adatbevitel, megjelenítés, de főképpen a háromdimenziós ábrázolás területén.
• A számítógépes grafikában végzett fejlesztések új hardvereket, szoftvereket és módszereket eredményeztek a grafikus objektumok kezelésére és megjelenítésére.
• Az adatbázis-kezelő rendszerek (database management systems, DBMS) rendszertervezési megoldásokkal, adatkezelési, adatfelújítási, adatelérési technikákkal járulnak hozzá a GIS fejlődéséhez.
• A mesterséges intelligencia (artificial intelligence, AI) a számítógépet az elérhető adatokon alapuló változatok kidolgozására használja, az emberi intelligenciával és döntéshozási stratégiával versenyezve - a számítógép mint "szakértő" szerepel például a térképtervezésben és generalizálásban.
Tervezés
• A térinformatika fontos szerepet játszik a várostervezésben, a közművek, a hírközlés, a közlekedési és egyéb vonalas létesítmények tervezésében stb.
Amint említettük az áttekintést egy a kilencvenes évek elején írt tanulmányból merítettük. Már az eddig tanultak alapján is ki tudnánk egészíteni az ábrát további szakterületekkel. Semmiképpen nem hagyhatók ki az agrártudományok, az erdészet. Amint említettük, az első valós térinformatikai alkalmazás (CGIS) éppen erről a területről indult. Hazánk területének igen nagy részét fedik erdők. Ezek telepítése, védelme, a fatömeg meghatározása, az erdő és vadgazdálkodás, az erdőtüzek elleni védelem, az erdészeti térképvagyon fontos része a térinformatikának.
1.25. ábra. A térinformatika kapcsolata más tudományokkal és szakterületekkel (2010)
Általános tendencia, hogy egyre pontosabban modellezzük a valóságot, ennek következtében jobb előrejelzések születnek (pl. meteorológia), egyre jobban tudunk tervezni. A mezőgazdaságban terjed a precíziós mezőgazdasági termelésirányítás (precision farming), ahol a terméshozamok, a talaj, az időjárási adatok, és a gépekre szerelt GPS révén a hely ismeretében adagolják a tápanyagokat, vagy a növényvédő szereket.
1.26. ábra. Precíziós mezőgazdasági termelésirányítás (Forrás: www.geo.bv.tum.del)
A régészek munkája igen bonyolult, mert az ásatások során eléjük táruló képen a különböző korok nyomait szét kell választaniuk, sok adat hiányzik, mozaikokból kell összerakni az elképzeléseket. A régészetben sokat segíthet a térinformatikai rendszer, az új adatgyűjtési technológiák. Hazánkban a nagy felületű ásatások (autópálya építést megelőző feltárások, „nagyüzemi leletmentések”) során előkerült régészeti leletanyag feldolgozása, kiértékelése olyan feladat elé állította a régészeti kutatást, amelyre a hagyományos módszerek már nem voltak megfelelőek. A feltárt objektumok száma ásatásonként akár több ezerre is lehet. Egy-egy lelőhely nagysága jelentősen meghaladta az addig megszokott 500-1000 m2-es területet. Ezek a nagyfelületű ásatások dokumentálása során, olyan mennyiségű adat keletkezett, amelynek kezelése, feldolgozása, átláthatósága igen nehézkes lenne a hagyományos módszerrel. A számítógépek elterjedése a régészeti feldolgozó munkát is megkönnyítette. A szövegszerkesztő, táblázatkezelők, esetleg adatbázis-kezelő programok használatával a feldolgozómunka könnyebbé, hatékonyabbá vált, de ez nem jelentett komplex megoldást az előkerült régészeti anyag feldolgozására. Olyan rendszerre van szükség, amely az ásatások összes adatát – rajzos dokumentáció (objektumrajzok, metszetek, összesítő rajz, tárgyrajzok), a szöveges dokumentáció (objektumleírás, leltárkönyv), és a fényképes dokumentáció – együttes kezelését valósítja meg. A megoldást a térinformatika, illetve a térinformatikai rendszerek régészeti alkalmazása jelenteti.
5. 1.5 Összefoglalás
Ebben a modulban áttekintést adtunk a térinformatikai rendszerek elemeiről, és felvázoltuk, hogyan működik a GIS, ismertettük a térinformatika kialakulását, kezdeti szakaszát és fejlődését. A térinformatika és a GIS dinamikus fejlődése következtében, szinte naponta keletkeznek új kifejezések. Gyakran azonos fogalomra eltérő kifejezéseket használnak. A modulban megadtuk a legfontosabb térinformatikai alapfogalmakat. A tanultak alapján Ön képes összehasonlítani a hagyományos térképek és a GIS lehetőségeit, bemutatni a GIS kialakulását, fejlődését, előnyeit és jellemző alkalmazásait.
Önellenőrző kérdések
1. Határozza meg a térinformatika fogalmát és fejlődését!
2. Mi a GIS jelentése? Magyarázza a definíciót!
3. Melyek a térinformatikai rendszer által megválaszolható tipikus kérdések? Adjon egy-egy példát!
4. Milyen követelményeket kell teljesítsen a GIS?
5. Mi a háttere a GIS – távcső hasonlatnak? Szemléltesse egy ábrán! Miért aktuális a hasonlat?
6. Mi az LIS? Mi a GIS és az LIS közötti különbség? Adjon példákat! Mutasson alkalmazást a térbeli (3D) információs rendszerre!
7. Határozza meg az adat és az információ fogalmát! Miben látja az adat és az információ közötti különbséget?
8. Hasonlítsa össze a térkép és a GIS adattárolási képességeit!
9. Ismertesse a GIS előnyeit adatmegjelenítési szempontból!
10. Mit értünk a GIS integrátori illetve katalizátori szerepe alatt? Adjon példát a szinergiára!
11. Ismertesse a térinformatika szerepét, és a GIS használatától várható előnyöket!
12. Melyek a GIS fő alkotó elemei? Jellemezze fontosságukat! Hogyan változott ez az elmúlt évtizedekben?
13. Mi jellemzi a térinformatikai rendszereket napjainkban?
14. Ismertesse a technológiai fejlődés tendenciáit! Egy-egy példával szemléltesse ezeket!
Feladatok
1. Válasszon egy tudományterületet vagy gyakorlati szakterületet! Mutassa, hogyan alakította, és hogyan befolyásolja annak fejlődését a térinformatika!
2. Elemezze a térinformatika jelen helyzetét, adjon jövőképet!
Irodalomjegyzék
Márkus B.: NCGIA Core Curriculum – Bevezetés a térinformatikába, EFE FFFK, Székesfehérvár, 1994.
Márkus B.: Térinformatika, NyME GEO jegyzet, Székesfehérvár, 2002.
Detrekői Á. – Szabó Gy.: Térinformatika, Nemzeti tankönyvkiadó, Budapest, 2002.
Remetey F. G. - Fekete J. - Márkus B - Mihály Sz. - Szabó Sz.: A térinformatika és alkalmazásai, OMFB tanulmány, Budapest, 1994.
Márkus B.: NCGIA Core Curriculum – Bevezetés a térinformatikába, EFE FFFK, Székesfehérvár, 1994 Márkus B.: Térinformatika, NyME GEO jegyzet, Székesfehérvár, 2002
Detrekői Á. – Szabó Gy.: Térinformatika,
Remetey F. G. - Fekete J. - Márkus B - Mihály Sz. - Szabó Sz.: A térinformatika és alkalmazásai, OMFB tanulmány, Budapest, 1994
